溶質載體家族4成員A1在心血管疾病中的研究進展

歐尾妹、付志方綜述，劉梅林審校

心血管疾病是威脅人類健康最主要的疾病之一，致殘率和致死率均較高。根據《中國心血管病報告2016》推算，我國心血管病患病人數2.9 億，其中冠心病患者1 100萬，心力衰竭患者450萬；心血管病死亡率居首位，高于腫瘤和其他疾病，占居民疾病死亡構成的40%以上[1]。我國心血管疾病負擔日漸加重，已成為重大的公共衛生問題，防治心血管病刻不容緩。

溶質載體家族4成員A1（solute carrier family 4 member A1，SLC4A1）是紅細胞膜上一類重要的跨膜糖蛋白，主要介導細胞內外氯離子/碳酸氫根離子（）等陰離子跨膜轉運，也稱陰離子交換體1（anion exchanger 1，AE1）[2]。因在紅細胞膜蛋白電泳條帶中排第三，故也稱帶3蛋白（band 3）[3]。SLC4A1在維持紅細胞膜結構穩定、調控紅細胞攜氧-釋氧過程和調控能量代謝等方面具有重要作用，可參與遺傳性球形紅細胞增多癥、遠曲腎小管酸中毒、心肌肥厚、糖尿病、高血壓等多種疾病的發生、發展。

1　SLC4A1概述

1.1　溶質載體家族4

溶質載體家族4（solute carrier family 4，SLC4）是一類參與細胞膜內外物質轉運的轉運蛋白，共有10個成員，因SLC4A6是不編碼蛋白的假基因，故SLC4家族成員有SLC4A1～5和SLC4A7～11蛋白[2]。這些蛋白可分為三種類型：（1）非Na+依賴性的電中性Cl-/交換蛋白，有SLC4A1、SLC4A2和 SLC4A3；（2）Na+依賴性的交換蛋白，有SLC4A4、SLC4A5、SLC4A7、SLC4A8、SLC4A10和部分SLC4A9；（3）介導植物和真菌硼酸轉運的SLC4A11[4]。在非Na+依賴性的電中性Cl-/交換蛋白中，人SLC4A1表達于紅細胞膜、腎臟、肺、心臟等，其N端缺失65個氨基酸殘基的截斷體（kidney AE1，kAE1）主要表達于腎臟。SLC4A2和SLC4A3廣泛表達于腦、視網膜、心臟和腎臟等。

1.2　SLC4A1基因

人SLC4A1基因位于17號染色體q21上，大小為18 kb，有20 個外顯子，cDNA序列由4 906個核苷酸組成，其中不包括poly(A)尾[5,6]。小鼠SLC4A1只有17 kb，其cDNA的3’非編碼區域缺乏人SLC4A1位于內含子13和外顯子20之間的Alu重復序列[6]。人的SLC4A1基因有兩個潛在的啟動子區，使其轉錄產生紅細胞膜SLC4A1和腎SLC4A1兩種表型[6]。SLC4A1基因突變可引起遺傳性球形紅細胞增多癥、遺傳性口形紅細胞增多癥、東南亞卵圓形紅細胞增多癥、遠曲腎小管酸中毒、心肌肥厚等，是導致多種疾病發生的根本原因[7-10]。

1.3　SLC4A1蛋白

SLC4A1蛋白也稱帶3蛋白或AE1，占紅細胞膜蛋白總量的25%～30%，每個細胞約含有106拷貝量，是一類普遍存在于脊椎動物體內的膜蛋白[11]。SLC4A1在膜上以二聚體或四聚體形式存在[4]，故分子量也由93～110 KDa不等[12,13]。人SLC4A1蛋白是由911個氨基酸組成，每個氨基酸可分為三個結構域： （1）N端親水性胞漿結構域，由殘基1～403組成，作為紅細胞支架的膜固定位點，與錨蛋白、血影蛋白、4.1蛋白和4.2蛋白等蛋白結合，還可與多種酶結合，如糖酵解酶、整合素連接酶等；（2）含有12～14次α-螺旋跨膜結構的疏水性跨膜區，由殘基404～882組成，是Cl-與等陰離子交換的區域，可促進CO2由組織轉入肺泡。（3）位于細胞質內的親水性C端結構域，由殘基 883～ 911組成，其內含有碳酸酐酶Ⅱ的結合位點，后者可將進入紅細胞內的CO2水合化成和H+從而調節細胞內pH[2,4]。

1.4　SLC4A1蛋白的生理功能

SLC4A1蛋白在紅細胞膜上的主要功能是介導陰離子的交換，主要包括、Cl-、草酸根離子、硫酸根離子、磷酸氫根離子等，調節細胞內pH，從而對紅細胞攜氧-釋氧過程起調控作用。在實驗條件下，SLC4A1蛋白的單體和寡聚體甚至部分片段都具有陰離子轉運活性。SLC4A1蛋白的胞漿區主要有三大功能： （1）調節血紅蛋白與氧氣的結合；（2）使紅細胞膜骨架保持穩定，維持紅細胞正常的細胞形狀；（3）參與糖酵解酶活性的調節，從而參與調節能量代謝[5]。

2　SLC4A1與心血管疾病

SLC4A1基因突變可導致蛋白質結構與功能發生變化，紅細胞膜變形能力下降，剛性增強，紅細胞變成球形、卵圓形或口形，當血液流經脾臟毛細血管時，紅細胞易被脾臟破壞。紅細胞破壞增多，導致溶血性貧血。嚴重貧血可引起循環血量增加，導致左心室心肌肥厚，進而引起心室擴大，最終出現心功能障礙[14]。Cingolani等[15]認為，SLC4A1可促進心肌細胞內的排出，從而增加細胞內的H+，后者通過Na+/H+轉換增加細胞內Na+濃度，細胞內高Na+濃度通過增加Na+/Ca2+轉換使細胞內Ca2+濃度升高，而細胞內Ca2+是心肌肥厚的信號，它可通過蛋白激酶C和（或）鈣調磷酸酶發揮作用，也可激活興奮-收

縮偶聯。Alvarez等[16]研究發現，SLC4A1基因完全缺失（AE1-/-）的小鼠存在嚴重溶血性貧血，其心臟與體重重量比顯著高于SLC4A1基因正常（AE1+/+）的同窩小鼠；形態學檢查顯示，AE1-/-小鼠的左心室重量增加并伴有膠原沉著和纖維化；超聲心動圖結果顯示，AE1-/-小鼠左心室舒張末期和收縮末期均擴大，存在心臟收縮功能障礙。研究者綜上結果認為，SLC4A1基因完全缺失的小鼠存在心肌肥厚。但是進一步研究顯示，心肌肥厚的進展并不依賴于SLC4A1蛋白活性， SLC4A3基因編碼的SLC4A3fl蛋白才是促心肌肥厚的轉運蛋白。最近研究表明，介導心肌細胞Cl-/轉運最主要的蛋白是SLC26A6， 而非SLC4A1[17]。關于SLC4A1在心臟的作用仍需進一步研究。

3　SLC4A1與心血管疾病危險因素

3.1　SLC4A1與糖尿病

紅細胞流變學異常如聚集率增加、變形能力下降、黏稠度增加、附著力增加等與糖尿病的發生、發展密切相關。SLC4A1蛋白的胞漿區是多種蛋白的結合域，可與多種膜蛋白結合從而影響紅細胞膜的穩定，進而參與糖尿病的發生、發展。Gaczynska等[18]報道，糖尿病患者SLC4A1蛋白和血影蛋白降解速率異常。Adewoye等[19]報道，1型糖尿病患者紅細胞膜缺乏血影蛋白，而錨蛋白、帶6蛋白等在1型糖尿病和2型糖尿病患者中顯著增加。Kaymaz 等[20]報道，在糖尿病貓中帶5蛋白減弱，帶4.5蛋白和帶4.9蛋白缺失，推測膜蛋白異常可能與非酶糖基化作用有關。Petropoulos等[21]首次發現，糖尿病視網膜病變患者紅細胞膜蛋白結構發生改變，SLC4A1蛋白遷移率增加且出現異常分子量的蛋白，可能與糖尿病微血管病變的進展有關，未來可能成為提示糖尿病微血管病變的血清標記物。姜德友等[22]開展的研究顯示，SLC4A1 mRNA在糖尿病心肌組織中表達下調。生理狀態下，SLC4A1蛋白結合糖酵解酶，不僅調節糖酵解過程，而且可以保護糖酵解酶活性免受胞漿蛋白酶降解。在糖尿病性心肌損傷狀態下，大鼠心肌SLC4A1蛋白含量明顯減少，糖酵解酶失去保護而降解，使心肌ATP生成不足，ATP不足引起Ca2+超載從而使心肌收縮性減弱，心臟舒張期順應性下降。同時心肌細胞內的Ca2+過負荷可導致左心室舒張末期壓力升高，進一步加重糖尿病性心肌病大鼠的心肌損傷。

3.2　SLC4A1與高血壓

SLC4A1蛋白與體內氧化應激水平有著密切的關系。隨著體內氧化應激水平的增強，紅細胞膜蛋白的巰基在脂質過氧化作用下被氧化，蛋白發生交聯，易被降解，導致紅細胞變形能力和攜氧功能下降，成為相關疾病中組織局部供血不足的潛在致病因素[23]。而高血壓患者體內存在氧化應激增強，使得包括紅細胞膜在內的生物膜受自由基攻擊發生氧化損傷，紅細胞膜蛋白諸如SLC4A1蛋白、錨蛋白等成為攻擊靶點而降解，SLC4A1蛋白水平下降。Kokubo等[24]篩查15 200例日本高血壓患者發現，SLC4A1基因Memphis突變（Lys56Glu）與高血壓有關，提示SLC4A1基因在日本人群中是高血壓易感基因。常文露等[25]研究發現，單純收縮壓升高者SLC4A1蛋白含量占紅細胞膜蛋白總量的23.33%，明顯低于正常人的水平（24.20%，P＜0.05），收縮壓和舒張壓與SLC4A1蛋白水平均呈負相關。

3.3　SLC4A1與血液高凝狀態

SLC4A1基因完全缺失小鼠不易存活，新生期存活率只有5%～10%，可能與SLC4A1蛋白缺乏小鼠血液呈高凝狀態有關。Hassoun等[11]對3只成年、11只新生SLC4A1基因完全缺失小鼠進行組織學檢查發現，3只成年、6只新生小鼠心房腔、心室腔及房室瓣膜存在血栓性病變，4只新生小鼠有大量靜脈血栓；凝血檢查顯示，SLC4A1基因完全缺失小鼠凝血時間顯著縮短，提示SLC4A1蛋白缺乏紅細胞膜可能產生促凝血表層，后者促進凝血酶原酶復合物激活；流式細胞術顯示，SLC4A1蛋白缺乏紅細胞平均熒光密度增加，表明SLC4A1蛋白缺乏導致的膜磷脂成分改變可能增加磷脂酰絲氨酸在外膜的暴露，后者可使血栓形成速度提高成千上萬倍，這可能是SLC4A1蛋白缺乏小鼠血液呈高凝狀態的根源。

3.4　SLC4A1與凋亡

Mandal等[26]首次報道，N-末端胞漿區是細胞凋亡蛋白酶3的底物，在N-末端胞漿區有兩個剪切位點TATD45和EQGD205；衰老的紅細胞中凋亡蛋白酶3被激活，激活的凋亡蛋白酶3剪切SLC4A1從而破壞N-末端胞漿區與細胞骨架相互作用，紅細胞失去正常的形狀而被清除。Akel等[27]發現，AE1-/-小鼠壓力刺激性Ca2+滲透性高于AE1+/+小鼠，而Ca2+濃度增加可引起Ca2+敏感的細胞膜脂紊亂，進而導致磷脂酰絲氨酸暴露于細胞膜外，后者是凋亡細胞上被巨噬細胞磷脂酰絲氨酸受體識別和吞噬細胞的信號，最終凋亡細胞被清除，證實SLC4A1參與細胞的凋亡。

4　小結

SLC4A1是紅細胞膜上重要的糖蛋白，具有介導Cl-/等陰離子跨膜轉運、維持紅細胞膜結構穩定、調控紅細胞攜氧-釋氧過程和調控能量代謝等重要作用。SLC4A1基因突變、蛋白結構改變和功能失調可引起多種疾病。最近研究提示，SLC4A1也可參與糖尿病、高血壓、血栓形成等心血管病危險因素的發生、發展過程。鑒于SLC4A1與心血管系統疾病關系密切，因此應對其具體作用及機制進行深入研究，探討其在心血管疾病中的細胞分子基礎和病理生理變化，從而為臨床心血管疾病的診治提供新的思路。

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